JP5864246B2

JP5864246B2 - Composite multichannel piezoelectric vibrator

Info

Publication number: JP5864246B2
Application number: JP2011278781A
Authority: JP
Inventors: 大矢　茂正; 茂正大矢; 伊沢　崇; 崇伊沢; 豪渡邉; 佐藤　孝; 孝佐藤; 宮下　俊彦; 俊彦宮下
Original assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP2013128581A

Description

本発明は、複数個の多チャンネル圧電振動子を組み合わせて複合化した複合多チャンネル圧電振動子に関する。 The present invention relates to a composite multichannel piezoelectric vibrator obtained by combining a plurality of multichannel piezoelectric vibrators.

超音波診断装置は、電気エネルギーを圧電振動子によって超音波に変換して、その超音波を被検体に伝搬させ、被検体の内部で反射した超音波を圧電振動子によって電気エネルギーに戻して処理することによって被検体の内部情報を得て、これを画像化する装置である。最近では、圧電振動子に、複数個の圧電振動子単位を二次元方向に配列した二次元アレイ型の多チャンネル圧電振動子を用いて、被検体の内部情報を立体的（三次元的）に得て、これを立体画像とする超音波診断装置も開発され、実用化されている。 The ultrasound diagnostic device converts electrical energy into ultrasound with a piezoelectric vibrator, propagates the ultrasound to the subject, and returns the ultrasound reflected inside the subject to electrical energy with the piezoelectric vibrator for processing. This is an apparatus for obtaining the internal information of the subject and imaging it. Recently, by using a two-dimensional array type multi-channel piezoelectric vibrator in which a plurality of piezoelectric vibrator units are arranged in a two-dimensional direction, the internal information of the subject is three-dimensionally (three-dimensional). Thus, an ultrasonic diagnostic apparatus using this as a stereoscopic image has been developed and put into practical use.

多チャンネル圧電振動子は、一般に、上下表面に電極層を備える複数個の圧電振動子単位を二次元方向に配列した、圧電振動子単位の複合体である多チャンネル圧電振動板、被検体への超音波の伝搬効率を向上させるために、多チャンネル圧電振動板の上側電極層の上方に付設されている音響整合層、下側電極層から放射される超音波を吸収してノイズを低減させるために、多チャンネル圧電振動板の下側に付設されている吸音材層、そして多チャンネル圧電振動板の電極層を外部に引き出すための電気配線を含む。多チャンネル圧電振動板は、通常、圧電材料板の各表面に上側電極層と下側電極層とを形成してなる正方形もしくは長方形の圧電振動板を用意し、この圧電振動板の圧電材料板と下側電極層もしくは圧電振動板の全体を平面方向かつ二次元方向に分割して圧電振動子単位を形成することによって製造される。 A multi-channel piezoelectric vibrator is generally a multi-channel piezoelectric diaphragm that is a composite of piezoelectric vibrator units in which a plurality of piezoelectric vibrator units having electrode layers on upper and lower surfaces are arranged in a two-dimensional direction. In order to reduce the noise by absorbing the ultrasonic waves radiated from the acoustic matching layer and the lower electrode layer attached above the upper electrode layer of the multi-channel piezoelectric diaphragm in order to improve the propagation efficiency of the ultrasonic wave In addition, a sound absorbing material layer attached to the lower side of the multichannel piezoelectric diaphragm and an electric wiring for drawing out the electrode layer of the multichannel piezoelectric diaphragm are included. A multi-channel piezoelectric diaphragm is usually provided with a square or rectangular piezoelectric diaphragm formed by forming an upper electrode layer and a lower electrode layer on each surface of a piezoelectric material plate. It is manufactured by dividing the entire lower electrode layer or the piezoelectric diaphragm in a plane direction and a two-dimensional direction to form a piezoelectric vibrator unit.

超音波診断装置に用いる二次元アレイ型の多チャンネル圧電振動子では、広範囲の診断画像を、高解像度で得るために更なる多チャンネル化が望まれている。しかしながら、多チャンネル圧電振動子のチャンネル数を増やすと、すなわち多チャンネル圧電振動子のサイズが大きくなると、多チャンネル圧電振動子を構成する多チャンネル圧電振動板、音響整合層及び吸音材層の熱収縮性の違いから大きな反りや歪みが発生し易くなる。多チャンネル圧電振動子に大きな反りや歪みが発生すると、超音波の伝搬方向が不安定になり、多チャンネル圧電振動板の電極層に電気配線を接続するのが難しくなるなどの問題が生じる。 In a two-dimensional array type multi-channel piezoelectric vibrator used in an ultrasonic diagnostic apparatus, further multi-channeling is desired in order to obtain a wide range of diagnostic images with high resolution. However, when the number of channels of the multichannel piezoelectric vibrator is increased, that is, when the size of the multichannel piezoelectric vibrator is increased, the thermal contraction of the multichannel piezoelectric diaphragm, the acoustic matching layer, and the sound absorbing material layer constituting the multichannel piezoelectric vibrator. Large warpage and distortion are likely to occur due to the difference in nature. When a large warp or distortion occurs in the multi-channel piezoelectric vibrator, the ultrasonic wave propagation direction becomes unstable, and it becomes difficult to connect electrical wiring to the electrode layer of the multi-channel piezoelectric diaphragm.

特許文献１には、圧電振動子単位の電極層に接続されたリード線と接続基板の端子とを確実に接続する方法として、多チャンネル圧電振動子（圧電体ブロック）を複数個用意し、その複数個の多チャンネル圧電振動子を接続基板の一面に対し、間隙を挟んで配列して、当該基板上で圧電体ブロック群を構成する方法が記載されている。 In Patent Document 1, a plurality of multi-channel piezoelectric vibrators (piezoelectric blocks) are prepared as a method for reliably connecting the lead wires connected to the electrode layer of the piezoelectric vibrator unit and the terminals of the connection substrate. A method is described in which a plurality of multi-channel piezoelectric vibrators are arranged on one surface of a connection substrate with a gap therebetween to form a piezoelectric block group on the substrate.

特開２００９−２７３０８６号公報JP 2009-273086 A

特許文献１に記載されている複数個の多チャンネル圧電振動子を組み合わせて複合化する方法は、多チャンネル圧電振動子の更なる多チャンネル化のための方法として有効であると考えられる。しかしながら、特許文献１には、多チャンネル圧電振動板の下側電極層（すなわち、圧電振動子単位の下側電極層）を外部に接続する方法については、下側電極層を吸音材層に埋設された電極リードを介して接続基板と接続する方法が記載されているが、上側電極層を外部に接続する方法については記載がない。
従って、本発明の目的は、複数個の多チャンネル圧電振動子を組み合わせて複合化した複合多チャンネル圧電振動子において、簡単な構成で各圧電振動子単位の上側電極層を外部に引き出せるようにすることにある。 The method of combining a plurality of multi-channel piezoelectric vibrators described in Patent Document 1 is considered to be effective as a method for further multi-channeling multi-channel piezoelectric vibrators. However, in Patent Document 1, regarding the method of connecting the lower electrode layer of the multichannel piezoelectric diaphragm (that is, the lower electrode layer of the piezoelectric vibrator unit) to the outside, the lower electrode layer is embedded in the sound absorbing material layer. A method of connecting to the connection substrate via the electrode leads formed is described, but a method of connecting the upper electrode layer to the outside is not described.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite multi-channel piezoelectric vibrator obtained by combining a plurality of multi-channel piezoelectric vibrators so that the upper electrode layer of each piezoelectric vibrator unit can be drawn to the outside with a simple configuration. There is.

本発明は、圧電材料板の各表面に上側電極層と下側電極層とを形成してなる正方形もしくは長方形の圧電振動板の圧電材料板と下側電極層もしくは圧電振動板の全体を平面方向かつ二次元方向に分割した圧電振動子単位の複合体として形成した正方形もしくは長方形の多チャンネル圧電振動板；該多チャンネル圧電振動板の下側に付設した吸音材層；一方の端部が各圧電振動子単位の下側電極層に電気的に接続し、そして他方の端部が露出するように、吸音材層に埋設したリード線；多チャンネル圧電振動板の上側電極層の上側表面に付設した上側電極引出箔、但し、該上側電極引出箔は、正方形もしくは長方形の多チャンネル圧電振動板の各辺から外に延びて吸音材層の側面の少なくとも一部を覆う延長部が形成されており、その上側電極引出箔の延長部の表面には接着剤層が付設されている；そして上側電極引出箔の上側表面に付設した音響整合層、を含む多チャンネル圧電振動子が複数個、平面方向かつ二次元方向に整列してなり、かつ隣接する多チャンネル圧電振動子を、各々の上側電極引出箔の延長部の表面に付設されている接着剤層を介して電気的に接続させることにより形成した複合多チャンネル圧電振動子にある。 In the present invention, a piezoelectric material plate of a square or rectangular piezoelectric diaphragm formed by forming an upper electrode layer and a lower electrode layer on each surface of a piezoelectric material plate and the whole of the lower electrode layer or the piezoelectric diaphragm are planar. And a square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm formed as a composite of piezoelectric vibrator units divided in two dimensions; a sound absorbing material layer attached to the lower side of the multi-channel piezoelectric diaphragm; A lead wire embedded in the sound absorbing material layer so as to be electrically connected to the lower electrode layer of the vibrator unit and exposed at the other end; provided on the upper surface of the upper electrode layer of the multichannel piezoelectric diaphragm Upper electrode lead foil, provided that the upper electrode lead foil is formed with extensions extending from each side of the square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm to cover at least a part of the side surface of the sound absorbing material layer, Its upper electrode An adhesive layer is provided on the surface of the extension portion of the extraction foil; and a plurality of multichannel piezoelectric vibrators including an acoustic matching layer provided on the upper surface of the upper electrode extraction foil are planar and two-dimensional. And a multi-channel piezoelectric vibrator formed by electrically connecting adjacent multi-channel piezoelectric vibrators via an adhesive layer attached to the surface of the extension of each upper electrode lead foil It is in the piezoelectric vibrator.

本発明はまた、圧電材料板の各表面に上側電極層と下側電極層とを形成してなる正方形もしくは長方形の圧電振動板の圧電材料板と下側電極層もしくは圧電振動板の全体を平面方向かつ二次元方向に分割した圧電振動子単位の複合体として形成した正方形もしくは長方形の多チャンネル圧電振動板；該多チャンネル圧電振動板の下側に付設した吸音材層；一方の端部が各圧電振動子単位の下側電極層に電気的に接続し、そして他方の端部が露出するように、吸音材層に埋設したリード線；多チャンネル圧電振動板の上側電極層の上側表面に付設した上側電極引出箔、但し、該上側電極引出箔は、正方形もしくは長方形の多チャンネル圧電振動板の各辺から外に延びて吸音材層の側面の少なくとも一部を覆う延長部が形成されており、その上側電極引出箔の延長部の表面には接着剤層が付設されている；そして上側電極引出箔の上側表面に付設した音響整合層、を含む複合多チャンネル圧電振動子製造用の多チャンネル圧電振動子にもある。 The present invention also provides a flat surface of the piezoelectric material plate and the lower electrode layer or the piezoelectric vibration plate of a square or rectangular piezoelectric vibration plate formed by forming an upper electrode layer and a lower electrode layer on each surface of the piezoelectric material plate. A square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm formed as a composite of piezoelectric vibrator units divided in two and two-dimensional directions; a sound-absorbing material layer attached to the lower side of the multi-channel piezoelectric diaphragm; Electrically connected to the lower electrode layer of the piezoelectric vibrator unit and embedded in the sound absorbing material layer so that the other end is exposed; attached to the upper surface of the upper electrode layer of the multichannel piezoelectric diaphragm The upper electrode lead foil, provided that the upper electrode lead foil is formed with an extension that extends outward from each side of the square or rectangular multichannel piezoelectric diaphragm and covers at least a part of the side surface of the sound absorbing material layer. The upper side A multi-channel piezoelectric vibrator for manufacturing a composite multi-channel piezoelectric vibrator, comprising an adhesive layer attached to the surface of the extension of the pole lead foil; and an acoustic matching layer attached to the upper surface of the upper electrode lead foil There is also.

本発明の複合多チャンネル圧電振動子は、圧電振動子単位の上側電極層が吸音材層の側面まで引き出されているので外部電源との接続が容易である。また、本発明の複合多チャンネル圧電振動子は、予め作成した多チャンネル圧電振動子を組み合わせて複合化することによって製造できるので製造が容易である。さらに本発明の複合多チャンネル圧電振動子は、反りや歪みが小さいので超音波の伝搬方向が安定する。従って、本発明の複合多チャンネル圧電振動子は、超音波診断装置用として有利に使用することができる。 In the composite multichannel piezoelectric vibrator of the present invention, since the upper electrode layer of the piezoelectric vibrator unit is drawn out to the side surface of the sound absorbing material layer, it can be easily connected to an external power source. In addition, the composite multi-channel piezoelectric vibrator of the present invention can be manufactured by combining and combining previously prepared multi-channel piezoelectric vibrators, so that the manufacture is easy. Furthermore, since the composite multichannel piezoelectric vibrator of the present invention has small warpage and distortion, the propagation direction of ultrasonic waves is stable. Therefore, the composite multichannel piezoelectric vibrator of the present invention can be advantageously used for an ultrasonic diagnostic apparatus.

本発明に従う複合多チャンネル圧電振動子の一例の斜視図である。It is a perspective view of an example of the composite multichannel piezoelectric vibrator according to the present invention. 図１のＩ−Ｉ線断面である。It is the II sectional view taken on the line of FIG. （ａ）は図１の複合多チャンネル圧電振動子を構成する多チャンネル圧電振動子の断面図、（ｂ）はその要部拡大図である。(A) is sectional drawing of the multichannel piezoelectric vibrator which comprises the composite multichannel piezoelectric vibrator of FIG. 1, (b) is the principal part enlarged view. （ａ）は本発明の多チャンネル圧電振動子の製造に用いる圧電振動板の一例を示す平面図、（ｂ）はその断面図である。(A) is a top view which shows an example of the piezoelectric diaphragm used for manufacture of the multichannel piezoelectric vibrator of this invention, (b) is the sectional drawing. （ａ）は図４の圧電振動板に上側電極引出箔を付設した状態を示す平面図、（ｂ）はその断面図である。(A) is a top view which shows the state which attached the upper electrode extraction foil to the piezoelectric diaphragm of FIG. 4, (b) is the sectional drawing. （ａ）は図５の圧電振動板の下側電極層と圧電材料板とを平面方向かつ二次元方向に分割した状態を示す底面図、（ｂ）はその断面図である。(A) is a bottom view showing a state in which the lower electrode layer and the piezoelectric material plate of the piezoelectric diaphragm of FIG. 5 are divided in a planar direction and a two-dimensional direction, and (b) is a sectional view thereof. 図６の圧電振動板の下側電極層にリード線を付設した状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state where a lead wire is attached to the lower electrode layer of the piezoelectric diaphragm of FIG. 6. 図７の圧電振動板の下側電極層の下側に吸音材層を付設した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which provided the sound-absorbing material layer below the lower electrode layer of the piezoelectric diaphragm of FIG. 本発明に従う複合多チャンネル圧電振動子の別の一例の断面図である。It is sectional drawing of another example of the composite multichannel piezoelectric vibrator according to this invention. 本発明に従う複合多チャンネル圧電振動子の別の一例の断面図である。It is sectional drawing of another example of the composite multichannel piezoelectric vibrator according to this invention. 本発明に従う複合多チャンネル圧電振動子のさらに別の一例の断面図である。It is sectional drawing of another example of the composite multichannel piezoelectric vibrator according to this invention.

本発明の複合多チャンネル圧電振動子は、複数個の多チャンネル圧電振動子を組み合わせて複合化したものである。多チャンネル圧電振動子は、二次元アレイ型の圧電振動子であり、圧電材料板の各表面に上側電極層と下側電極層とを形成してなる正方形もしくは長方形の圧電振動板の圧電材料板と下側電極層もしくは圧電振動板の全体を平面方向かつ二次元方向に分割した圧電振動子単位の複合体として形成した正方形もしくは長方形の多チャンネル圧電振動板を含む。多チャンネル圧電振動板の上側電極層（すなわち、圧電振動子単位の上側電極層）は、上側電極引出箔によって電気的に接続して一つの共通電極を形成している。上側電極引出箔は、多チャンネル圧電振動板の各辺から外に延びた延長部を有しており、その延長部を隣接する多チャンネル圧電振動子の上側電極引出箔の延長部と接着剤層を介して電気的に接続させることによって、複合多チャンネル圧電振動子を構成する全ての多チャンネル圧電振動子の上側電極が一つの共通電極として外部に引き出されている。一方の多チャンネル圧電振動板の下側電極層（すなわち、圧電振動子単位の下側電極層）は吸音材層に埋設したリード線によって、各圧電振動子単位毎に独立して外部に引き出されている。 The composite multichannel piezoelectric vibrator of the present invention is a composite of a plurality of multichannel piezoelectric vibrators combined. The multi-channel piezoelectric vibrator is a two-dimensional array type piezoelectric vibrator, and a piezoelectric material plate of a square or rectangular piezoelectric vibration plate in which an upper electrode layer and a lower electrode layer are formed on each surface of the piezoelectric material plate. And a square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm formed as a composite of piezoelectric vibrator units in which the entire lower electrode layer or piezoelectric diaphragm is divided in a planar direction and in a two-dimensional direction. The upper electrode layer of the multi-channel piezoelectric diaphragm (that is, the upper electrode layer of the piezoelectric vibrator unit) is electrically connected by an upper electrode lead foil to form one common electrode. The upper electrode lead-out foil has an extension extending outward from each side of the multi-channel piezoelectric diaphragm, and the extension is connected to the extension of the upper electrode lead-out foil of the adjacent multi-channel piezoelectric vibrator and the adhesive layer. Thus, the upper electrodes of all the multi-channel piezoelectric vibrators constituting the composite multi-channel piezoelectric vibrator are drawn out as one common electrode. The lower electrode layer of one multi-channel piezoelectric diaphragm (that is, the lower electrode layer of the piezoelectric vibrator unit) is pulled out to the outside independently for each piezoelectric vibrator unit by a lead wire embedded in the sound absorbing material layer. ing.

次に、本発明の複合多チャンネル圧電振動子の構成を添付図面の図１〜３を用いて説明する。図１は、本発明の複合多チャンネル圧電振動子の一例の斜視図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線断面である。図３は、図１の複合多チャンネル圧電振動子を構成する多チャンネル圧電振動子の断面図である。 Next, the structure of the composite multi-channel piezoelectric vibrator of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of an example of a composite multichannel piezoelectric vibrator of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the multi-channel piezoelectric vibrator constituting the composite multi-channel piezoelectric vibrator of FIG.

図１において、複合多チャンネル圧電振動子は、Ｘ方向とＹ方向の二次元方向にそれぞれ三個ずつ整列させた九個の多チャンネル圧電振動子１から形成されている。多チャンネル圧電振動子１は、圧電材料板２の各表面に上側電極層３と下側電極層４とを形成してなる圧電振動板５の圧電材料板２と下側電極層４を、樹脂６が充填された溝７で平面方向かつ二次元方向に分割した圧電振動子単位８の複合体として形成した多チャンネル圧電振動板９を含む。多チャンネル圧電振動板９の下側には吸音材層１０が付設されている。吸音材層１０には、リード線１１が、一方の端部が各圧電振動子単位８の下側電極層４に電気的に接続し、そして他方の端部が露出するように埋設されている。一方、多チャンネル圧電振動板９の上側電極層３の上側表面には、上側電極引出箔１２が付設されている。上側電極引出箔１２は、多チャンネル圧電振動板９の各辺から外に延びて吸音材層１０の側面の少なくとも一部を覆う延長部１２ａが形成されており、その延長部１２ａの表面には接着剤層１３が付設されている。上側電極引出箔１２の上にはさらに音響整合層１４が付設されている。隣接する多チャンネル圧電振動子１は、各々の上側電極引出箔１２の延長部１２ａの表面に付設されている接着剤層１３を介して電気的に接続されている。 In FIG. 1, the composite multi-channel piezoelectric vibrator is formed of nine multi-channel piezoelectric vibrators 1 that are arranged three by three in the two-dimensional direction of the X direction and the Y direction. The multi-channel piezoelectric vibrator 1 includes a piezoelectric material plate 2 and a lower electrode layer 4 of a piezoelectric vibration plate 5 formed by forming an upper electrode layer 3 and a lower electrode layer 4 on each surface of a piezoelectric material plate 2. 6 includes a multi-channel piezoelectric diaphragm 9 formed as a composite of piezoelectric vibrator units 8 divided in a planar direction and a two-dimensional direction by grooves 7 filled with 6. A sound absorbing material layer 10 is attached below the multichannel piezoelectric diaphragm 9. A lead wire 11 is embedded in the sound absorbing material layer 10 so that one end is electrically connected to the lower electrode layer 4 of each piezoelectric vibrator unit 8 and the other end is exposed. . On the other hand, an upper electrode extraction foil 12 is attached to the upper surface of the upper electrode layer 3 of the multichannel piezoelectric diaphragm 9. The upper electrode lead-out foil 12 is formed with an extension 12a that extends outward from each side of the multi-channel piezoelectric diaphragm 9 and covers at least a part of the side surface of the sound absorbing material layer 10, and is formed on the surface of the extension 12a. An adhesive layer 13 is attached. An acoustic matching layer 14 is further provided on the upper electrode lead foil 12. Adjacent multi-channel piezoelectric vibrators 1 are electrically connected via an adhesive layer 13 attached to the surface of the extension 12 a of each upper electrode lead foil 12.

多チャンネル圧電振動子１の吸音材層１０は、図３の（ｂ）に示すように、多チャンネル圧電振動板９の各辺からわずかに突出した突出部１０ａが形成されていることが好ましい。吸音材層１０の突出部１０ａの厚み（Ｔ₁）、上側電極引出箔１２の延長部１２ａの厚み（Ｔ₂）そして接着剤層１３の厚み（Ｔ₃）は、その合計の厚み（Ｔ₁＋Ｔ₂＋Ｔ₃）が、多チャンネル圧電振動板９の溝７の幅（Ｔ）の１／２の長さであることが好ましい。こうすることによって、隣接する多チャンネル圧電振動子１の圧電振動子単位８の間隔を、多チャンネル圧電振動板９の溝７の幅と同じにすることができるからである。 The sound absorbing material layer 10 of the multichannel piezoelectric vibrator 1 is preferably formed with protruding portions 10a that slightly protrude from each side of the multichannel piezoelectric diaphragm 9 as shown in FIG. The thickness (T ₁ ) of the protruding portion 10 a of the sound absorbing material layer 10, the thickness (T ₂ ) of the extended portion 12 a of the upper electrode lead foil 12, and the thickness (T ₃ ) of the adhesive layer 13 are the total thickness (T _1). + T ₂ + T ₃ ) is preferably half the width (T) of the groove 7 of the multi-channel piezoelectric diaphragm 9. This is because the distance between the piezoelectric vibrator units 8 of the adjacent multi-channel piezoelectric vibrators 1 can be made equal to the width of the groove 7 of the multi-channel piezoelectric diaphragm 9 by doing so.

圧電振動板５の材料には、圧電セラミック及び圧電単結晶を用いることができる。圧電セラミックの例としては、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）を挙げることができる。圧電単結晶の例としては、マグネシウムニオブ酸塩とチタン酸鉛との固溶体、亜鉛ニオブ酸とチタン酸鉛との固溶体、スカンジウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛との固溶体を挙げることができる。 As a material of the piezoelectric diaphragm 5, a piezoelectric ceramic and a piezoelectric single crystal can be used. An example of a piezoelectric ceramic is zircon lead titanate (PZT). Examples of the piezoelectric single crystal include a solid solution of magnesium niobate and lead titanate, a solid solution of zinc niobate and lead titanate, and a solid solution of scandium lead niobate and lead titanate.

上側電極層３及び下側電極層４の材料の例としては、銀、金、銅などの金属を挙げることができる。溝７に充填されている樹脂６の例としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を挙げることができる。リード線１１の材料の例としては、銅線、金線及びアルミニウム線などの金属線を挙げることができる。上側電極引出箔１２の材料の例としては、銅箔及び金箔のなどの金属箔を挙げることができる。吸音材層１０の材料としては、フィラーを充填したエポキシ樹脂及びゴムを挙げることができる。 Examples of materials of the upper electrode layer 3 and the lower electrode layer 4 include metals such as silver, gold, and copper. Examples of the resin 6 filled in the groove 7 include a thermosetting resin such as an epoxy resin. Examples of the material of the lead wire 11 include metal wires such as copper wires, gold wires, and aluminum wires. Examples of the material of the upper electrode lead foil 12 include metal foils such as copper foil and gold foil. Examples of the material of the sound absorbing material layer 10 include epoxy resin and rubber filled with a filler.

接着剤層１３の接着剤は導電性接着剤であることが好ましい。但し、通常は非導電性接着剤として利用されるエポキシ系接着剤であっても接着剤の厚さを薄くすることによって、導電性接着剤として作用することがあり、本発明でも接着剤層１３の接着剤としてエポキシ系接着剤を用いることができる。 The adhesive of the adhesive layer 13 is preferably a conductive adhesive. However, even an epoxy adhesive that is normally used as a non-conductive adhesive may act as a conductive adhesive by reducing the thickness of the adhesive. In the present invention, the adhesive layer 13 may also be used. An epoxy adhesive can be used as the adhesive.

音響整合層１４の表面には、多チャンネル圧電振動板９の溝７の対応する位置に溝を設けてよい。また、音響整合層１４の表面に設けた溝にも樹脂を充填してもよい。音響整合層１４の材料の例としてはエポキシ樹脂を挙げることができる。 A groove may be provided on the surface of the acoustic matching layer 14 at a position corresponding to the groove 7 of the multi-channel piezoelectric diaphragm 9. In addition, the grooves provided on the surface of the acoustic matching layer 14 may be filled with resin. An example of the material of the acoustic matching layer 14 is an epoxy resin.

次に、図３に示す多チャンネル圧電振動子の製造方法の一例を、添付図面の図４〜８を参照しながら説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the multi-channel piezoelectric vibrator shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS.

図４は、本発明の多チャンネル圧電振動子の製造に用いる圧電振動板の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。多チャンネル圧電振動子の製造に際しては、先ず、図４に示すように、圧電材料板２の各表面に上側電極層３と下側電極層４とを形成してなる圧電振動板５を用意する。圧電振動板５は、例えば、圧電材料板２の各表面に上側電極層３と下側電極層４とを成形して、上側電極層３と下側電極層４との間に電界を印加して、圧電材料板２を分極することによって製造することができる。圧電振動板５は、正方形もしくは長方形の四角形とする。 4A and 4B are diagrams showing an example of a piezoelectric diaphragm used for manufacturing the multichannel piezoelectric vibrator of the present invention, where FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view. In manufacturing the multi-channel piezoelectric vibrator, first, as shown in FIG. 4, a piezoelectric diaphragm 5 formed by forming an upper electrode layer 3 and a lower electrode layer 4 on each surface of the piezoelectric material plate 2 is prepared. . For example, the piezoelectric diaphragm 5 is formed by forming the upper electrode layer 3 and the lower electrode layer 4 on each surface of the piezoelectric material plate 2 and applying an electric field between the upper electrode layer 3 and the lower electrode layer 4. Thus, the piezoelectric material plate 2 can be manufactured by polarization. The piezoelectric diaphragm 5 is square or rectangular.

次に、図５に示すように、圧電振動板５の上側電極層３の上に上側電極引出箔１２を付設する。図５の（ａ）は、圧電振動板５に上側電極引出箔１２を付設した状態を示す平面図、（ｂ）はその断面図である。上側電極引出箔１２は、圧電振動板５の各辺から外に延びる延長部１２ａが形成されている。上側電極引出箔１２と圧電振動板５の上側電極層３とは、導電性接着剤などの接着剤で接着してもよいし、溶接してもよい。 Next, as shown in FIG. 5, an upper electrode lead foil 12 is provided on the upper electrode layer 3 of the piezoelectric diaphragm 5. 5A is a plan view showing a state where the upper electrode lead foil 12 is attached to the piezoelectric diaphragm 5, and FIG. 5B is a sectional view thereof. The upper electrode lead-out foil 12 is formed with extensions 12 a extending outward from the sides of the piezoelectric diaphragm 5. The upper electrode extraction foil 12 and the upper electrode layer 3 of the piezoelectric diaphragm 5 may be bonded with an adhesive such as a conductive adhesive, or may be welded.

次に、上側電極引出箔１２の上側表面に音響整合層１４を付設する。そして、図６に示すように、圧電振動板５の下側電極層４と圧電材料板２とに平面方向かつ二次元方向に延びる溝７を形成し、その溝７に樹脂６を充填することによって、圧電振動板５の下側電極層４と圧電材料板２とを分割する。図６の（ａ）は圧電振動板５の下側電極層４と圧電材料板２とを平面方向かつ二次元方向に分割した状態を示す底面図、（ｂ）はその断面図である。この溝７によって分割されることによって、圧電振動板５は複数個の圧電振動子単位８の複合体である多チャンネル圧電振動板９に成形される。溝７の深さは、圧電振動板５全体の厚さの８０％以上とすることが好ましく、８０〜９５％の範囲とすることが特に好ましい。 Next, the acoustic matching layer 14 is attached to the upper surface of the upper electrode lead-out foil 12. Then, as shown in FIG. 6, a groove 7 extending in a planar direction and a two-dimensional direction is formed in the lower electrode layer 4 of the piezoelectric diaphragm 5 and the piezoelectric material plate 2, and the groove 7 is filled with a resin 6. Thus, the lower electrode layer 4 of the piezoelectric diaphragm 5 and the piezoelectric material plate 2 are divided. 6A is a bottom view showing a state in which the lower electrode layer 4 and the piezoelectric material plate 2 of the piezoelectric diaphragm 5 are divided in a planar direction and a two-dimensional direction, and FIG. 6B is a sectional view thereof. By being divided by the grooves 7, the piezoelectric diaphragm 5 is formed into a multi-channel piezoelectric diaphragm 9 that is a composite of a plurality of piezoelectric vibrator units 8. The depth of the groove 7 is preferably 80% or more of the total thickness of the piezoelectric diaphragm 5, and particularly preferably in the range of 80 to 95%.

次に、図７に示すように、多チャンネル圧電振動板９の各圧電振動子単位８の下側電極層４にリード線１１を付設する。図７は、下側電極層４にリード線１１を付設した状態を示す断面図である。下側電極層４にリード線１１を付設する方法としては、半田付けやワイヤーボンディングなどの方法を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 7, lead wires 11 are attached to the lower electrode layer 4 of each piezoelectric vibrator unit 8 of the multichannel piezoelectric diaphragm 9. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where the lead wire 11 is attached to the lower electrode layer 4. As a method of attaching the lead wire 11 to the lower electrode layer 4, a method such as soldering or wire bonding can be used.

次に、図８に示すように、多チャンネル圧電振動板９の下側電極層４の下側に吸音材層１０を付設する。図８は、下側電極層４の下側に吸音材層１０を付設した状態を示す断面図である。吸音材層１０を付設する方法としては、未硬化の吸音性樹脂材料を下側電極層４の下に流し込んだ後、硬化させる方法を用いることができる。また、圧電振動子単位の間隔でリード線を埋設した吸音材料板を用意して、これを下側電極層４に貼り付けて、吸音材層１０とリード線１１とを同時に付設してもよい。 Next, as shown in FIG. 8, a sound absorbing material layer 10 is provided below the lower electrode layer 4 of the multichannel piezoelectric diaphragm 9. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the sound absorbing material layer 10 is provided below the lower electrode layer 4. As a method of attaching the sound absorbing material layer 10, a method in which an uncured sound absorbing resin material is poured under the lower electrode layer 4 and then cured can be used. Alternatively, a sound-absorbing material plate in which lead wires are embedded at intervals of piezoelectric vibrator units is prepared, and the sound-absorbing material layer 10 and the lead wires 11 are attached at the same time by attaching them to the lower electrode layer 4. .

そして、最後に多チャンネル圧電振動板９の各辺から外に延びている、上側電極引出箔１２の延長部１２ａが吸音材層１０の側面の少なくとも一部を覆うように、延長部１２ａを吸音材層１０側に折り曲げた後、その延長部１２ａの表面に接着剤層１３を付設する。 Finally, the extension 12a is sound-absorbed so that the extension 12a of the upper electrode lead foil 12 extending outward from each side of the multi-channel piezoelectric diaphragm 9 covers at least a part of the side surface of the sound-absorbing material layer 10. After bending to the material layer 10 side, the adhesive layer 13 is attached to the surface of the extension part 12a.

次に、本発明の複合多チャンネル圧電振動子の別の構成例を、添付図面の図９〜１１を参照しながら説明する。 Next, another configuration example of the composite multi-channel piezoelectric vibrator of the present invention will be described with reference to FIGS.

図９は、各多チャンネル圧電振動子１の多チャンネル圧電振動板９が、樹脂６を充填した切り込み１５によって分割された圧電振動子単位８の複合体として形成されている複合多チャンネル圧電振動子の一例の断面図である。このような多チャンネル圧電振動板９は、例えば、圧電振動板５の上側電極層３に平面方向かつ二次元方向に溝を形成しておいて、上側電極層３の表面に上側電極引出箔１２を付設した後、圧電振動板５の下側電極層４側から上側電極層３に形成した溝に向かって切り込み１５を形成し、その切り込みに樹脂６を充填することによって製造することができる。 FIG. 9 shows a composite multi-channel piezoelectric vibrator in which the multi-channel piezoelectric diaphragm 9 of each multi-channel piezoelectric vibrator 1 is formed as a composite of piezoelectric vibrator units 8 divided by a cut 15 filled with a resin 6. It is sectional drawing of an example. Such a multi-channel piezoelectric diaphragm 9 has, for example, grooves formed on the upper electrode layer 3 of the piezoelectric diaphragm 5 in a planar direction and a two-dimensional direction, and an upper electrode lead foil 12 is formed on the surface of the upper electrode layer 3. Then, a cut 15 is formed from the lower electrode layer 4 side of the piezoelectric diaphragm 5 toward the groove formed in the upper electrode layer 3, and the resin 6 is filled in the cut.

図１０は、多チャンネル圧電振動板９の厚さが異なる多チャンネル圧電振動子、すなわち、送受信可能な超音波の周波数が異なる多チャンネル圧電振動子を組み合わせて複合化した複合多チャンネル圧電振動子の一例の断面図である。図１０において、三個の多チャンネル圧電振動子のうちの中央に配置されている多チャンネル圧電振動子１ａは両端に配置されている多チャンネル圧電振動子１ｂと比較して、多チャンネル圧電振動板９の厚さを薄くしてある。すなわち、中央の多チャンネル圧電振動子１ａは両端の多チャンネル圧電振動子１ｂと比較して、送受信可能な超音波の周波数が高い。この複合多チャンネル圧電振動子は、中央の多チャンネル圧電振動子１ａにて高周波の超音波を送受信して患者の内部観察を行ない、両端の多チャンネル圧電振動子１ｂにて低周波で高エネルギーの超音波を患者の患部に送信して、患部の治療を行なう超音波治療用圧電振動子として利用することができる。送受信可能な超音波の周波数が異なる多チャンネル圧電振動子を組み合わせる場合は、配列方向の中心に対して、送受信可能な超音波の周波数が対称となるように多チャンネル圧電振動子を配列することが好ましい。例えば、四個の多チャンネル圧電振動子を配列する場合には、中央の二個の多チャンネル圧電振動子を高周波用とし、両端の二個の多チャンネル圧電振動子を低周波用とする。また。五個の多チャンネル圧電振動子を配列する場合には、中央の三個の多チャンネル圧電振動子を高周波用とし、両端の二個の多チャンネル圧電振動子を低周波用としてもよいし、中央の一個の多チャンネル圧電振動子を高周波用とし、両端の四個の多チャンネル圧電振動子を低周波用としてもよい。 FIG. 10 shows a multi-channel piezoelectric vibrator in which the thickness of the multi-channel piezoelectric diaphragm 9 is different, that is, a composite multi-channel piezoelectric vibrator formed by combining multi-channel piezoelectric vibrators having different frequencies of ultrasonic waves that can be transmitted and received. It is sectional drawing of an example. In FIG. 10, the multi-channel piezoelectric vibrator 1a disposed at the center of the three multi-channel piezoelectric vibrators is compared with the multi-channel piezoelectric vibrator 1b disposed at both ends. The thickness of 9 is reduced. That is, the center multi-channel piezoelectric vibrator 1a has a higher frequency of ultrasonic waves that can be transmitted and received compared to the multi-channel piezoelectric vibrator 1b at both ends. This composite multi-channel piezoelectric vibrator transmits and receives high-frequency ultrasonic waves at the central multi-channel piezoelectric vibrator 1a to observe the inside of the patient, and the multi-channel piezoelectric vibrator 1b at both ends has low frequency and high energy. It can be used as an ultrasonic therapy piezoelectric vibrator that transmits ultrasonic waves to an affected area of a patient and treats the affected area. When combining multi-channel piezoelectric vibrators with different frequencies of ultrasonic waves that can be transmitted and received, the multi-channel piezoelectric vibrators may be arranged so that the frequencies of ultrasonic waves that can be transmitted and received are symmetric with respect to the center in the arrangement direction. preferable. For example, when four multi-channel piezoelectric vibrators are arranged, the two multi-channel piezoelectric vibrators at the center are used for high frequency, and the two multi-channel piezoelectric vibrators at both ends are used for low frequency. Also. When arranging five multi-channel piezoelectric vibrators, the central three multi-channel piezoelectric vibrators may be used for high frequencies, and the two multi-channel piezoelectric vibrators at both ends may be used for low frequencies, One multi-channel piezoelectric vibrator may be used for a high frequency, and four multi-channel piezoelectric vibrators at both ends may be used for a low frequency.

図１１は、多チャンネル圧電振動子を湾曲状に配列した複合多チャンネル圧電振動子の一例の断面図である。図１１において、三個の多チャンネル圧電振動子は、中央の多チャンネル圧電振動子１ｃの接着剤層１３と両端の多チャンネル圧電振動子１ｄの接着剤層１３との間に断面が三角形の導電体１６を介在させることによって、多チャンネル圧電振動子を湾曲状に配列している。導電体１６の材料の例としては、銅及びアルミニウムなどの金属を挙げることができる。本発明の複合多チャンネル圧電振動子では多チャンネル圧電振動子が二次元方向に配列されているが、湾曲状に配列する方向は、一次元の方向のみに湾曲状に配列してもよいし、二次元の方向に湾曲状に配列してもよい。 FIG. 11 is a cross-sectional view of an example of a composite multichannel piezoelectric vibrator in which multichannel piezoelectric vibrators are arranged in a curved shape. In FIG. 11, three multi-channel piezoelectric vibrators are electrically conductive having a triangular cross section between the adhesive layer 13 of the central multi-channel piezoelectric vibrator 1c and the adhesive layer 13 of the multi-channel piezoelectric vibrator 1d at both ends. By interposing the body 16, the multi-channel piezoelectric vibrators are arranged in a curved shape. Examples of the material of the conductor 16 include metals such as copper and aluminum. In the composite multi-channel piezoelectric vibrator of the present invention, the multi-channel piezoelectric vibrator is arranged in a two-dimensional direction, but the direction of arranging in a curved shape may be arranged in a curved shape only in a one-dimensional direction, It may be arranged in a curved shape in a two-dimensional direction.

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ多チャンネル圧電振動子
２圧電材料板
３上側電極層
４下側電極層
５圧電振動板
６樹脂
７溝
８圧電振動子単位
９多チャンネル圧電振動板
１０吸音材層
１０ａ吸音材層の突出部
１１リード線
１２上側電極引出箔
１２ａ上側電極引出箔の延長部
１３接着剤層
１４音響整合層
１５切り込み
１６導電体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b, 1c, 1d Multichannel piezoelectric vibrator 2 Piezoelectric material board 3 Upper electrode layer 4 Lower electrode layer 5 Piezoelectric diaphragm 6 Resin 7 Groove 8 Piezoelectric vibrator unit 9 Multichannel piezoelectric diaphragm 10 Sound absorption material layer 10a Projection of sound absorbing material layer 11 Lead wire 12 Upper electrode lead foil 12a Extension of upper electrode lead foil 13 Adhesive layer 14 Acoustic matching layer 15 Notch 16 Conductor

Claims

A square or rectangular piezoelectric vibration plate formed by forming an upper electrode layer and a lower electrode layer on each surface of the piezoelectric material plate, and the entire lower electrode layer or piezoelectric vibration plate in a planar and two-dimensional direction. A square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm formed as a composite of piezoelectric vibrator units divided into two; a sound-absorbing material layer attached to the lower side of the multi-channel piezoelectric diaphragm; one end of each piezoelectric vibrator unit A lead wire embedded in the sound absorbing material layer so as to be electrically connected to the lower electrode layer and exposed at the other end; an upper electrode lead foil attached to the upper surface of the upper electrode layer of the multichannel piezoelectric diaphragm However, the upper electrode lead-out foil is formed with an extension that extends outward from each side of the square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm and covers at least a part of the side surface of the sound absorbing material layer. Foil roll An adhesive layer is provided on the surface of the section; and a plurality of multi-channel piezoelectric vibrators including an acoustic matching layer provided on the upper surface of the upper electrode lead foil are aligned in a plane direction and a two-dimensional direction. And a multi-channel piezoelectric vibrator formed by electrically connecting adjacent multi-channel piezoelectric vibrators via an adhesive layer attached to the surface of the extension of each upper electrode lead foil.

2. The composite multi-channel piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the adhesive of the adhesive layer provided on the surface of the extended portion of the upper electrode lead foil of each multi-channel piezoelectric vibrator is a conductive adhesive.

A square or rectangular piezoelectric vibration plate formed by forming an upper electrode layer and a lower electrode layer on each surface of the piezoelectric material plate, and the entire lower electrode layer or piezoelectric vibration plate in a planar and two-dimensional direction. A square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm formed as a composite of piezoelectric vibrator units divided into two; a sound-absorbing material layer attached to the lower side of the multi-channel piezoelectric diaphragm; one end of each piezoelectric vibrator unit A lead wire embedded in the sound absorbing material layer so as to be electrically connected to the lower electrode layer and exposed at the other end; an upper electrode lead foil attached to the upper surface of the upper electrode layer of the multichannel piezoelectric diaphragm However, the upper electrode lead-out foil is formed with an extension that extends outward from each side of the square or rectangular multi-channel piezoelectric diaphragm and covers at least a part of the side surface of the sound absorbing material layer. Foil roll The surface of the parts are attached adhesive layer; and a multi-channel piezoelectric vibrator composite multichannel piezoelectric vibrator for producing including an acoustic matching layer, which is attached to the upper surface of the upper electrode lead foil.

The composite multichannel piezoelectric vibrator according to claim 3, wherein the adhesive of the adhesive layer provided on the surface of the extension portion of the upper electrode lead foil is a conductive adhesive.